JP2005134659A - Hologram multiple recording apparatus, method for hologram multiple recording and method for reproducing hologram - Google Patents
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Description
本発明は、フォトリフラクティブ媒質にビームファニング・スペックルを発生させて記録するホログラム多重記録装置およびホログラム多重記録方法ならびに、多重記録されたホログラムを個別再生するホログラム再生方法に関するものである。 The present invention relates to a hologram multiplex recording apparatus and a hologram multiplex recording method for generating and recording beam fanning speckles in a photorefractive medium, and a hologram reproducing method for individually reproducing multiplex recorded holograms.
ホログラム媒質の同一箇所にホログラムを多重記録して、二次元的な情報をホログラム媒質の同一箇所に多重記録することが提案されている。例えば、記録媒質へのホログラム記録時に、二次元情報を有する情報光と共に入射する参照光の入射角度や波長、位相等を変化させることによってホログラムを多重記録する方法が提案されている。この提案において、上記参照光としてランダム位相媒質を通過したスペックル状の強度分布を有する光波を用いるスペックル多重記録方式は、その光学系の簡易性や低クロストーク性から大きな注目を集めている（例えば、非特許文献１参照。）。 It has been proposed to multiplex record holograms at the same location on the hologram medium and to multiplex record two-dimensional information at the same location on the hologram medium. For example, there has been proposed a method of multiplex recording of holograms by changing the incident angle, wavelength, phase, etc. of reference light incident along with information light having two-dimensional information during hologram recording on a recording medium. In this proposal, the speckle multiplex recording method using a light wave having a speckle-like intensity distribution that has passed through a random phase medium as the reference light has attracted much attention because of its simplicity and low crosstalk. (For example, refer nonpatent literature 1.).
図７には、スペックル多重記録方式のホログラム多重記録方法が模式的な説明図により示されている。同図に示すように、例えば記録媒質としてのホログラム媒質３に、図示されていない光源から発せられて、二次元情報を有する情報光（ここでは、図７のＥに示す情報を有する物体光）１を入射すると共に、ランダム位相媒質４を通過したスペックル状の強度分布を有する光波を参照光２として用いて、この参照光２を前記ホログラム媒質３に入射すると、情報光１と参照光２の干渉縞として、ホログラムをホログラム媒質３に記録することができる。 FIG. 7 is a schematic explanatory view showing a hologram multiplex recording method of the speckle multiplex recording system. As shown in the figure, for example, information light having two-dimensional information emitted from a light source (not shown) to a hologram medium 3 as a recording medium (here, object light having information shown in E of FIG. 7) 1 and the light beam having a speckle-like intensity distribution that has passed through the random phase medium 4 is used as the reference light 2, and when the reference light 2 is incident on the hologram medium 3, the information light 1 and the reference light 2 As an interference fringe, a hologram can be recorded on the hologram medium 3.
ホログラム媒質３は、例えばフォトリフラクティブ媒質やフォトポリマー等により形成される。ランダム位相媒質４は、すりガラスやマルチモード光ファイバにより形成され、参照光２はランダム位相媒質４を透過することにより、その光軸に垂直な光断面の空間位相がランダムに分布している。結果として、ホログラム媒質３中に記録されるホログラムも、参照光２の光軸に垂直な光断面の空間位相分布がランダムな空間位相分布となる。 The hologram medium 3 is formed of, for example, a photorefractive medium or a photopolymer. The random phase medium 4 is formed of frosted glass or a multimode optical fiber, and the reference light 2 is transmitted through the random phase medium 4 so that the spatial phase of the light section perpendicular to the optical axis is randomly distributed. As a result, the hologram recorded in the hologram medium 3 also has a random spatial phase distribution in the optical cross section perpendicular to the optical axis of the reference light 2.
上記ホログラムの記録ごとに、ランダム位相媒質４を機械的に移動あるいは回転させることによって、互いに相関の低いランダム波面を有する参照光２を生成して情報光１と共にホログラム媒質３に入射すると、ホログラム媒質３の同一箇所に複数のホログラムを多重記録し、二次元的な情報を媒質中の同一箇所に多重記録することができるので、高密度記録を実現することができる。 Each time the hologram is recorded, the random phase medium 4 is mechanically moved or rotated to generate the reference light 2 having a random wavefront having a low correlation with each other. Since a plurality of holograms can be multiplex-recorded at the same location of 3 and two-dimensional information can be multiplex-recorded at the same location in the medium, high-density recording can be realized.
また、上記スペックル多重記録方式のホログラム多重記録方法によって多重記録されたホログラムから個別にホログラムを選択再生するときは、前記参照光２と同一光路を伝搬する読み出し光５をホログラム媒質３へ入射する。 Further, when the holograms are selectively reproduced from the holograms that are multiplexed and recorded by the hologram multiplexing recording method of the speckle multiplexing recording method, the reading light 5 that propagates the same optical path as the reference light 2 is incident on the hologram medium 3. .
この読み出し光５が、ホログラムが記録時の参照光２と同一の空間的位相分布を持つ場合、ホログラムによる読み出し光５の回折光同士が強め合うように干渉し、情報光が再生されて出力光１１が得られる（図７のＢ参照）。これに対し、読み出し光５の空間位相分布が記録時の参照光２の空間位相分布と異なる場合は、ホログラムによる読み出し光５の回折光同士が打ち消し合うように干渉し、情報光は再生されない。 When the readout light 5 has the same spatial phase distribution as the reference light 2 at the time of recording, the diffracted light of the readout light 5 by the hologram interferes so as to strengthen each other, and information light is reproduced and output light 11 is obtained (see B in FIG. 7). On the other hand, when the spatial phase distribution of the readout light 5 is different from the spatial phase distribution of the reference light 2 at the time of recording, the diffracted light of the readout light 5 by the hologram interferes with each other so that the information light is not reproduced.
したがって、それぞれ異なる参照光のランダム空間位相分布をアドレス情報とした複数のホログラムを、ホログラム媒質３の同一箇所に多重記録し、かつ、多重記録したホログラムのうち必要なホログラムを選択的に個別再生できることになる。 Therefore, it is possible to multiplex-record a plurality of holograms each having the random spatial phase distribution of different reference lights as address information at the same location of the hologram medium 3 and to selectively reproduce the necessary holograms among the multiplex-recorded holograms. become.
ここで、ランダム位相媒質４としてすりガラスを用いた場合、参照光２および読み出し光５の空間位相分布はすりガラスを光軸方向あるいは光軸に対し垂直方向に変位させることにより変化させる。また、ランダム位相媒質４としてマルチモード光ファイバを用いた場合、参照光２および読み出し光５の空間位相分布は光ファイバに加えられる応力、熱、あるいは光ファイバの回転により変化させる。 Here, when ground glass is used as the random phase medium 4, the spatial phase distribution of the reference light 2 and the readout light 5 is changed by displacing the ground glass in the optical axis direction or in a direction perpendicular to the optical axis. When a multimode optical fiber is used as the random phase medium 4, the spatial phase distribution of the reference light 2 and the readout light 5 is changed by stress applied to the optical fiber, heat, or rotation of the optical fiber.
上記のような、スペックル多重記録方式のホログラム多重記録方法およびホログラム再生方法は、参照光ミラーの複雑な機械的動作を必要とする角度多重記録方式や高価な波長可変レーザを必要とする波長多重方式に比べて、簡易な光学系で多重記録を実現することができる。 The speckle multiplex recording method hologram multiplex recording method and hologram reproduction method as described above are the angle multiplex recording method that requires complicated mechanical operation of the reference light mirror and the wavelength multiplex that requires an expensive wavelength tunable laser. Compared to the method, multiple recording can be realized with a simple optical system.
また、角度多重記録方式や波長多重記録方式においては、ホログラムからの高次の回折光が原理上必然的に発生し、クロストークの主原因となるが、スペックル多重記録方式のホログラム多重記録方法およびホログラム再生方法は、この高次の回折光が発生しないという特長があり、非常に低クロストークなホログラムの多重記録が可能となる。 In addition, in the angle multiplex recording method and the wavelength multiplex recording method, high-order diffracted light from the hologram is inevitably generated in principle, which is a main cause of crosstalk. The hologram reproducing method is characterized in that this higher-order diffracted light is not generated, and multiplex recording of holograms with very low crosstalk becomes possible.
しかしながら、従来のスペックル多重記録方式においては、スペックル発生のために、ランダム位相媒質４として、すりガラスやマルチモード光ファイバ等を含む光学系を、参照光２および読み出し光５の光路上に設置する必要がある。また、ランダム位相媒質４の透過に伴って広角に散乱する参照光２をホログラム媒質３上に集光するための高ＮＡ（開口度）のレンズを、ランダム位相媒質４とホログラム媒質３との間に配設する必要がある。このレンズは大型であり、したがって、従来のスペックル多重記録方式を用いたホログラム多重記録装置は、小型化が難しいといった問題があった。 However, in the conventional speckle multiplex recording system, an optical system including frosted glass, a multimode optical fiber, or the like is installed on the optical path of the reference light 2 and the readout light 5 as the random phase medium 4 in order to generate speckle. There is a need to. Further, a high NA (aperture) lens for condensing the reference light 2 that is scattered at a wide angle with the transmission of the random phase medium 4 on the hologram medium 3 is provided between the random phase medium 4 and the hologram medium 3. It is necessary to arrange in. Since this lens is large, the conventional hologram multiplex recording apparatus using the speckle multiplex recording system has a problem that it is difficult to reduce the size.
また、ランダム位相媒質４としてすりガラスを使用する光学系は、マルチモード光ファイバを使用する光学系と比べて小型ではあるものの、同一の粗面を有するすりガラスを複製することは非常に困難であり、この問題が実用化を阻害していた。 Further, an optical system using ground glass as the random phase medium 4 is very small in comparison with an optical system using a multimode optical fiber, but it is very difficult to duplicate ground glass having the same rough surface. This problem hindered practical use.
本発明は、上記従来の問題を解決するためになされたものであり、その目的は、光学系が簡易で小型化が可能であり、かつ、低クロストークでホログラムの多重記録と個別再生を行うことができる実用化に優れたホログラム多重記録装置およびホログラム多重記録方法ならびにホログラム再生方法を提供するものである。 The present invention has been made to solve the above-described conventional problems, and an object of the present invention is to simplify the optical system and reduce the size, and to perform multiplex recording and individual reproduction of holograms with low crosstalk. The present invention provides a hologram multiplex recording apparatus, a hologram multiplex recording method, and a hologram reproducing method that are excellent in practical use.
上記目的を達成するために、本発明は次のような構成をもって課題を解決するための手段としている。すなわち、第１の発明のホログラム多重記録装置は、フォトリフラクティブ媒質と、該フォトリフラクティブ媒質にビームファニング・スペックルを発生させるスペックル発生光の入力部と、二次元情報を有する情報光を前記フォトリフラクティブ媒質に入力する情報光入力部と、前記スペックル発生光の入射条件を可変して前記ビームファニング・スペックルの波面を変化させるスペックル発生光入射条件可変部とを有し、前記ビームファニング・スペックルと前記情報光とがフォトリフラクティブ媒質内で交差するように前記スペックル発生光の入力部と前記情報光入力部とが配置されて、前記ビームファニング・スペックルと前記情報光との交差により前記フォトリフラクティブ媒質に干渉縞を形成して前記情報光に対応するホログラムを記録する構成とし、前記スペックル発生光入射条件可変部によって前記ホログラムの記録動作ごとに前記スペックル発生光の入射条件を可変しながら前記ホログラム記録動作を行うことにより前記フォトリフラクティブ媒質の同一箇所にそれぞれのホログラム記録動作時の入力情報光に対応するホログラムを多重記録する構成をもって課題を解決する手段としている。 In order to achieve the above object, the present invention has the following configuration as means for solving the problems. That is, the hologram multiplex recording apparatus according to the first aspect of the present invention provides a photorefractive medium, an input part for speckle generation light for generating beam fanning speckle in the photorefractive medium, and information light having two-dimensional information. An information light input unit that inputs to a refraction medium; and a speckle generation light incident condition variable unit that changes an incident condition of the speckle generation light to change a wavefront of the beam fanning speckle, and the beam fanning. The speckle generation light input section and the information light input section are arranged so that the speckle and the information light intersect in a photorefractive medium, and the beam fanning speckle and the information light Holograms corresponding to the information light by forming interference fringes in the photorefractive medium by crossing And the same location of the photorefractive medium by performing the hologram recording operation while varying the incident condition of the speckle generation light for each recording operation of the hologram by the speckle generation light incident condition variable unit. In addition, a configuration that multiplex-records holograms corresponding to input information light at the time of each hologram recording operation serves as means for solving the problem.
また、第２の発明のホログラム多重記録装置は、上記第１の発明の構成に加え、前記スペックル発生光のフォトリフラクティブ媒質への入射角度はフォトリフラクティブ媒質へのスペックル発生光の入射によって前記フォトリフラクティブ媒質にビームファニング現象が発生しやすい角度に形成され、情報光のフォトリフラクティブ媒質への入射角度はフォトリフラクティブ媒質に情報光が入射しても前記フォトリフラクティブ媒質にビームファニング現象が発生しにくい角度に形成されている構成をもって課題を解決する手段としている。 In addition to the configuration of the first invention, the hologram multiplex recording apparatus of the second invention is configured such that the incident angle of the speckle generation light to the photorefractive medium depends on the incidence of the speckle generation light to the photorefractive medium. The photorefractive medium is formed at an angle at which the beam fanning phenomenon is likely to occur. The incident angle of the information light to the photorefractive medium is less likely to cause the beam fanning phenomenon in the photorefractive medium even if the information light is incident on the photorefractive medium. The structure formed at an angle is used as a means for solving the problem.
さらに、第３の発明のホログラム多重記録装置は、上記第１または第２の発明の構成に加え、前記スペックル発生光入射条件可変部は、スペックル発生光のフォトリフラクティブ媒質への入射位置と入射角度の一方または両方を可変することによりビームファニング・スペックルの波面を可変する構成をもって課題を解決する手段としている。 Further, in the hologram multiplex recording apparatus of the third invention, in addition to the configuration of the first or second invention, the speckle generation light incident condition variable unit includes an incident position of the speckle generation light on the photorefractive medium, and A configuration for changing the wave front of the beam fanning speckle by changing one or both of the incident angles is used as a means for solving the problem.
さらに、第４の発明のホログラム多重記録装置は、上記第１または第２の発明の構成に加え、前記スペックル発生光入射条件可変部は、スペックル発生光の空間強度分布を可変することによりビームファニング・スペックルの波面を可変するスペックル発生光空間強度分布可変部とした構成をもって課題を解決する手段としている。 Further, in the hologram multiplex recording apparatus of the fourth invention, in addition to the configuration of the first or second invention, the speckle generation light incident condition variable unit varies the spatial intensity distribution of the speckle generation light. The speckle generation light spatial intensity distribution variable section that changes the wave front of beam fanning speckle is used as a means to solve the problem.
さらに、第５の発明のホログラム多重記録装置は、上記第１または第２の発明の構成に加え、前記スペックル発生光入射条件可変部は、スペックル発生光の空間位相分布を可変することによりビームファニング・スペックルの波面を可変するスペックル発生光空間位相分布可変部とした構成をもって課題を解決する手段としている。 Further, in the hologram multiplex recording apparatus of the fifth invention, in addition to the configuration of the first or second invention, the speckle generation light incident condition variable unit varies the spatial phase distribution of the speckle generation light. The configuration of the speckle-generating optical spatial phase distribution variable unit that changes the wave front of beam fanning speckle is used as a means for solving the problem.
さらに、第６の発明のホログラム多重記録装置は、上記第１または第２の発明の構成に加え、前記スペックル発生光入射条件可変部の代わりに、ビームファニング・スペックルの波面を可変する波面可変光をフォトリフラクティブ媒質に照射してビームファニング・スペックルの波面を変化させる波面可変光照射部を設けた構成をもって課題を解決する手段としている。 Further, the hologram multiplex recording apparatus of the sixth invention is a wavefront for changing the wavefront of the beam fanning speckle instead of the speckle generation light incident condition variable section in addition to the configuration of the first or second invention. A configuration in which a wavefront variable light irradiation unit that changes the wavefront of beam fanning speckles by irradiating variable light onto a photorefractive medium is provided as means for solving the problems.
さらに、第７の発明のホログラム多重記録方法は、二次元情報を有する情報光をフォトリフラクティブ媒質に入力すると共に、該フォトリフラクティブ媒質にビームファニング・スペックルを発生させるスペックル発生光を入力し、前記ビームファニング・スペックルと前記情報光とをフォトリフラクティブ媒質内で交差させることにより前記フォトリフラクティブ媒質に干渉縞を形成してホログラムを記録する動作を、その記録動作ごとに前記スペックル発生光の入射条件を可変して行うことにより、前記フォトリフラクティブ媒質の同一箇所にそれぞれのホログラム記録動作時の入力情報光に対応するホログラムを多重記録する構成をもって課題を解決する手段としている。 Furthermore, in the hologram multiplex recording method of the seventh invention, the information light having two-dimensional information is input to the photorefractive medium, and speckle generation light for generating beam fanning speckles is input to the photorefractive medium. The beam fanning speckle and the information light intersect with each other in a photorefractive medium to form an interference fringe in the photorefractive medium to record a hologram. By varying the incident conditions, the configuration is such that the hologram corresponding to the input information light at the time of each hologram recording operation is multiplexed and recorded at the same location of the photorefractive medium.
さらに、第８の発明のホログラム多重記録方法は、上記第７の発明の構成に加え、前記スペックル発生光のフォトリフラクティブ媒質への入射によってフォトリフラクティブ媒質にビームファニング現象が発生しやすい角度からスペックル発生光を入力し、前記フォトリフラクティブ媒質に情報光が入射してもフォトリフラクティブ媒質にビームファニング現象が発生しにくい角度から情報光を入力する構成をもって課題を解決する手段としている。 Further, the hologram multiplex recording method according to the eighth aspect of the invention, in addition to the configuration according to the seventh aspect, provides a spec from an angle at which a beam fanning phenomenon is likely to occur in the photorefractive medium due to incidence of the speckle generation light on the photorefractive medium. This is a means for solving the problem with a configuration in which light generated light is input and the information light is input from an angle at which the beam fanning phenomenon is unlikely to occur in the photorefractive medium even when the information light is incident on the photorefractive medium.
さらに、第９の発明のホログラム多重記録方法は、上記第７または第８の発明の構成に加え、前記スペックル発生光の入射条件は、スペックル発生光の入射位置と入射角度と空間強度分布と空間位相分布の少なくとも一つとした構成をもって課題を解決する手段としている。 Further, the hologram multiplex recording method according to the ninth aspect of the invention, in addition to the configuration of the seventh or eighth aspect, includes the incident conditions of the speckle generation light, the incident position, the incident angle, and the spatial intensity distribution of the speckle generation light. And means for solving the problem with a configuration having at least one of the spatial phase distributions.
さらに、第１０の発明のホログラム多重記録方法は、上記第７または第８の発明の構成に加え、前記スペックル発生光の入射条件を可変する代わりに、ビームファニング・スペックルの波面を可変する波面可変光をフォトリフラクティブ媒質に照射してビームファニング・スペックルの波面を変化させる構成をもって課題を解決する手段としている。 Further, the hologram multiplex recording method according to the tenth invention, in addition to the configuration of the seventh or eighth invention, changes the wave front of the beam fanning speckle instead of changing the incident condition of the speckle generation light. A configuration that changes the wavefront of beam fanning speckle by irradiating a photorefractive medium with variable wavefront light is a means for solving the problem.
さらに、第１１の発明のホログラム再生方法は、上記第７乃至第１０のいずれか一つの発明のホログラム多重記録方法を用いて記録された複数のホログラムを個別に再生するホログラム再生方法であって、個別のホログラム記録時のスペックル発生光照射条件と同じ条件でスペックル発生光をフォトリフラクティブ媒質に照射することにより、フォトリフラクティブ媒質に多重記録されているホログラムのうちの対応する照射条件のホログラムを選択的に個別再生する構成をもって課題を解決する手段としている。 Furthermore, a hologram reproduction method of an eleventh invention is a hologram reproduction method for individually reproducing a plurality of holograms recorded using the hologram multiplex recording method of any one of the seventh to tenth inventions, By irradiating the photorefractive medium with speckle generation light under the same conditions as the speckle generation light irradiation conditions at the time of individual hologram recording, holograms with corresponding irradiation conditions among the holograms recorded in multiple on the photorefractive medium are displayed. A configuration for selectively reproducing individually is used as a means for solving the problem.
本発明のホログラム多重記録装置およびホログラム多重記録方法によれば、フォトリフラクティブ媒質に、二次元情報を有する情報光を入力すると共に、前記フォトリフラクティブ媒質にビームファニング・スペックルを発生させるスペックル発生光を入力し、該ビームファニング・スペックルをフォトリフラクティブ媒質内で前記情報光と交差させることにより前記フォトリフラクティブ媒質に干渉縞を形成してホログラムを記録する動作を、その記録動作ごとに前記スペックル発生光の入射条件を可変して行うので、フォトリフラクティブ媒質の同一箇所に、それぞれのホログラム記録動作時の入力情報光に対応するホログラムを低クロストークで簡単に多重記録することができる。 According to the holographic multiplex recording apparatus and the holographic multiplex recording method of the present invention, speckle generation light for inputting information light having two-dimensional information to a photorefractive medium and generating beam fanning speckle in the photorefractive medium. The beam fanning speckle is crossed with the information light in a photorefractive medium to form an interference fringe in the photorefractive medium to record a hologram. Since the incident conditions of the generated light are varied, holograms corresponding to the input information light at the time of each hologram recording operation can be easily multiplex-recorded with low crosstalk at the same location of the photorefractive medium.
なお、フォトリフラクティブ媒質は、書き換え可能なホログラム媒質であり、フォトリフラクティブ媒質に固有の現象としてビームファニング現象が存在する。このビームファニング現象は、フォトリフラクティブ媒質にコヒーレントな光波が入射した場合、その光波とｃ軸（結晶軸）との角度に応じて、入射ビーム（光波）がその伝播方向から媒質固有の方向に向けて扇型に広がり、その結果、ランダムな空間位相分布を有するスペックルパターンを形成する現象である。このスペックルを、本発明においては、ビームファニング・スペックルと呼ぶ。 The photorefractive medium is a rewritable hologram medium, and a beam fanning phenomenon exists as a phenomenon unique to the photorefractive medium. This beam fanning phenomenon is such that when a coherent light wave is incident on a photorefractive medium, the incident beam (light wave) is directed from the propagation direction to the direction specific to the medium according to the angle between the light wave and the c axis (crystal axis). This is a phenomenon in which a speckle pattern having a random spatial phase distribution is formed. This speckle is called beam fanning speckle in the present invention.
なお、ビームファニング現象は、非常に複雑な現象であり、前記光波の広がる方向はフォトリフラクティブ媒質によって固有の方向であるが、フォトリフラクティブ媒質が一軸性のフォトリフラクティブ結晶である場合、ビームファニング現象により、結晶内の光波はc軸の方向へ扇型に広がる。 The beam fanning phenomenon is a very complicated phenomenon, and the direction in which the light wave spreads is unique to the photorefractive medium, but when the photorefractive medium is a uniaxial photorefractive crystal, the beam fanning phenomenon The light wave in the crystal spreads in a fan shape in the c-axis direction.
上記ビームファニング・スペックルと、コヒーレントな光により形成された情報光とが交差すると、干渉縞が形成されてフォトリフラクティブ媒質にホログラムが記録される。また、ビームファニング・スペックルの空間位相分布や空間強度分布は、スペックル発生光の入射条件（入射境界条件）を変化させることにより変化する。なお、ここで言う、スペックル発生光の入射条件は、スペックル発生光の光軸に垂直な断面の空間位相分布、スペックル発生光の光軸に垂直な断面の空間強度分布、スペックル発生光入射位置、入射角度等の条件である。 When the beam fanning speckle and the information light formed by coherent light intersect, interference fringes are formed and a hologram is recorded on the photorefractive medium. In addition, the spatial phase distribution and spatial intensity distribution of beam fanning speckle change by changing the incident condition (incident boundary condition) of speckle generation light. The incident conditions of speckle generation light mentioned here are the spatial phase distribution of the cross section perpendicular to the optical axis of speckle generation light, the spatial intensity distribution of the cross section perpendicular to the optical axis of speckle generation light, and speckle generation. Conditions such as the light incident position and incident angle.
したがって、フォトリフラクティブ媒質内でのビームファニング・スペックルと情報光との交差によってホログラムを記録する動作を、その記録ごとにスペックル発生光の入射条件を変化させて行うことにより、簡単な装置構成で、フォトリフラクティブ媒質の同一箇所に記録動作ごとの入力情報光に対応するホログラムを低クロストークで多重記録することができる。 Therefore, the operation of recording a hologram by the intersection of beam fanning speckle and information light in a photorefractive medium is performed by changing the incident conditions of speckle generation light for each recording. Thus, the hologram corresponding to the input information light for each recording operation can be multiplexed and recorded with low crosstalk in the same location of the photorefractive medium.
つまり、本発明のホログラム多重記録装置およびホログラム多重記録方法においては、前記ランダム位相媒質を用いたスペックル多重記録方式と異なり、同一粗面の形成が困難なすりガラスや、大型化を招くマルチモード光ファイバを必要とせず、フォトリフラクティブ媒質へのスペックル発生光の入射条件をホログラム記録動作ごとに可変しながらスペックル発生光を入射して、フォトリフラクティブ媒質内部の非線形光学効果により、ホログラム記録動作ごとに波面の異なるビームファニング・スペックルを発生させてホログラムの多重記録を行うので、実用化に優れ、装置の小型化を実現できる。 That is, in the hologram multiplex recording apparatus and the hologram multiplex recording method of the present invention, unlike the speckle multiplex recording method using the random phase medium, ground glass that is difficult to form the same rough surface, and multimode light that causes an increase in size are used. Speckle-generating light is incident on the photorefractive medium while changing the incident conditions of the speckle-generating light to the photorefractive medium for each hologram recording operation without using a fiber. In addition, by generating beam fanning speckles having different wave fronts and performing multiplex recording of holograms, it is excellent in practical use and can realize downsizing of the apparatus.
また、前記ビームファニング現象の発生の程度および発生方向は、光波の入射角、媒質方位角に大きく依存するので、本発明のホログラム多重記録装置およびホログラム多重記録方法において、フォトリフラクティブ媒質にビームファニング現象が発生しにくい角度から情報光を入力し、フォトリフラクティブ媒質にビームファニング現象が発生しやすい角度からスペックル発生光を入力する構成によって、スペックル発生光により確実にビームファニング・スペックルを発生し、情報光のフォトリフラクティブ媒質への入射側ではビームファニング現象の発生を抑制できるので、Ｓ／Ｎ比を向上できる。 Further, since the degree and direction of occurrence of the beam fanning phenomenon greatly depend on the incident angle and medium azimuth angle of the light wave, the beam fanning phenomenon is applied to the photorefractive medium in the hologram multiplex recording apparatus and the hologram multiplex recording method of the present invention. By using a configuration in which information light is input from an angle that is unlikely to occur, and speckle generation light is input to the photorefractive medium from an angle at which beam fanning is likely to occur, beam fanning and speckle are reliably generated by the speckle generation light. Since the occurrence of the beam fanning phenomenon can be suppressed on the incident side of the information light to the photorefractive medium, the S / N ratio can be improved.
さらに、本発明のホログラム多重記録装置およびホログラム多重記録方法において、スペックル発生光の入射条件を、スペックル発生光の入射位置としたり、スペックル発生光の入射角度としたり、スペックル発生光の空間強度分布としたり、スペックル発生光の空間位相分布としたりすることにより、ビームファニング・スペックルの波面を容易に、かつ、的確に可変でき、的確にホログラム多重記録を行える装置やホログラム多重記録方法を実現できる。 Furthermore, in the holographic multiplex recording apparatus and holographic multiplex recording method of the present invention, the incident conditions of the speckle generation light are the incident position of the speckle generation light, the incident angle of the speckle generation light, By using a spatial intensity distribution or a spatial phase distribution of speckle-generated light, the wave front of beam fanning and speckle can be easily and accurately varied, and a device that can perform holographic multiplex recording and holographic multiplex recording. The method can be realized.
さらに、本発明のホログラム多重記録装置およびホログラム多重記録方法において、スペックル発生光の入射条件を可変する代わりに、ビームファニング・スペックルの波面を可変する波面可変光をフォトリフラクティブ媒質に照射してビームファニング・スペックルの波面を変化させる構成においても、上記と同様に、ビームファニング・スペックルの波面を容易に、かつ、的確に可変でき、的確にホログラム多重記録を行える装置や方法を実現できる。 Furthermore, in the holographic multiplex recording apparatus and holographic multiplex recording method of the present invention, instead of changing the incident condition of the speckle generation light, the photorefractive medium is irradiated with wavefront variable light that changes the wavefront of the beam fanning speckle. Even in the configuration in which the wave front of the beam fanning speckle is changed, similarly to the above, it is possible to easily and accurately change the wave front of the beam fanning speckle and to realize an apparatus and method capable of accurately performing holographic recording. .
さらに、本発明のホログラム再生方法によれば、上記ホログラム多重記録方法を用いて記録された複数のホログラムを個別に再生する際に、ホログラム記録時のフォトリフラクティブ媒質へのスペックル発生光照射条件と同じ条件でスペックル発生光をフォトリフラクティブ媒質に照射することにより、容易に、かつ、的確に、フォトリフラクティブ媒質に多重記録されているホログラムのうちの前記スペックル発生光照射条件に対応するホログラムを選択的に個別再生することができる。 Furthermore, according to the hologram reproducing method of the present invention, when reproducing a plurality of holograms recorded by using the hologram multiplex recording method, the speckle generation light irradiation condition to the photorefractive medium at the time of hologram recording By irradiating the photorefractive medium with speckle generation light under the same conditions, a hologram corresponding to the speckle generation light irradiation condition among the holograms recorded in a multiplexed manner on the photorefractive medium can be easily and accurately obtained. Individual playback can be performed selectively.
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。なお、本実施形態例の説明において、従来例と同一名称部分には同一符号を付し、その重複説明は省略又は簡略化する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the description of the present embodiment, the same reference numerals are assigned to the same names as those in the conventional example, and the duplicate description is omitted or simplified.
図１には、本発明に係るホログラム多重記録装置の一実施形態例の要部構成が模式的な説明図により示されている。同図に示すように、本実施形態例の装置は、フォトリフラクティブ媒質１３を有している。このフォトリフラクティブ媒質１３は、例えば５ｍｍ×５ｍｍ×５ｍｍの立方体状に形成されたBaTiO3結晶のフォトリフラクティブ結晶により形成されている。 FIG. 1 is a schematic explanatory view showing the main configuration of an embodiment of a hologram multiplex recording apparatus according to the present invention. As shown in the figure, the apparatus of this embodiment has a photorefractive medium 13. The photorefractive medium 13 is formed of, for example, a photorefractive crystal of BaTiO 3 crystal formed in a cubic shape of 5 mm × 5 mm × 5 mm.
また、本実施形態例では、フォトリフラクティブ媒質１３にビームファニング・スペックル６を発生させるスペックル発生光９の入力部８と、二次元情報を有する情報光（ここでは、図１に示す情報Ｅを有する物体光）１を前記フォトリフラクティブ媒質１３に入力する情報光入力部７とを有している。 Further, in the present embodiment, an input unit 8 for speckle generation light 9 for generating beam fanning speckle 6 in the photorefractive medium 13 and information light having two-dimensional information (here, information E shown in FIG. 1). An information light input unit 7 for inputting the object light 1) to the photorefractive medium 13.
スペックル発生光の入力部８と情報光入力部７は互いに交差する位置に配置され、かつ、前記ビームファニング・スペックル６と前記情報光１とがフォトリフラクティブ媒質１３内で交差するように、スペックル発生光の入力部８と情報光入力部７とが配置されている。そして、前記ビームファニング・スペックル６と前記情報光１との交差により干渉縞が形成されて、前記情報光１に対応するホログラムが前記フォトリフラクティブ媒質１３に記録される構成としている。 The speckle generating light input unit 8 and the information light input unit 7 are arranged at positions intersecting each other, and the beam fanning speckle 6 and the information light 1 intersect in the photorefractive medium 13. An input unit 8 for speckle generation light and an information light input unit 7 are arranged. Then, interference fringes are formed by the intersection of the beam fanning speckle 6 and the information light 1, and a hologram corresponding to the information light 1 is recorded on the photorefractive medium 13.
また、スペックル発生光９のフォトリフラクティブ媒質１３への入射角度が、スペックル発生光９をフォトリフラクティブ媒質１３に入力したときに該フォトリフラクティブ媒質１３にビームファニング現象が発生しやすい角度になるように、スペックル発生光の入力部８が配置されている。一方、情報光１のフォトリフラクティブ媒質１３への入射角度が、情報光１をフォトリフラクティブ媒質１３に入射しても該フォトリフラクティブ媒質１３にビームファニング現象が発生しにくい角度になるように、情報光入力部７が配置されている。 Further, the incident angle of the speckle generation light 9 to the photorefractive medium 13 is such that the beam fanning phenomenon is likely to occur in the photorefractive medium 13 when the speckle generation light 9 is input to the photorefractive medium 13. In addition, an input unit 8 for speckle generation light is arranged. On the other hand, the information light 1 is incident so that the incident angle of the information light 1 on the photorefractive medium 13 is such that even if the information light 1 is incident on the photorefractive medium 13, a beam fanning phenomenon hardly occurs in the photorefractive medium 13. An input unit 7 is arranged.
ホログラムの多重記録を実行するにあたり、ビームファニング・スペックル６の波面は、ビームファニング現象により十分にランダム化されていることが望ましく、これに対し、情報光１が受けるビームファニング効果はできる限り抑制されていることが、出力光１１のＳ／Ｎ比の観点から望ましいため、本実施形態例では、上記のような配置構成としている。 When performing multiplex recording of holograms, it is desirable that the wave front of the beam fanning speckle 6 is sufficiently randomized by the beam fanning phenomenon, whereas the beam fanning effect received by the information beam 1 is suppressed as much as possible. Since this is desirable from the viewpoint of the S / N ratio of the output light 11, in the present embodiment, the arrangement configuration is as described above.
フォトリフラクティブ媒質１３として適用されるフォトリフラクティブ結晶は、その光学軸に対してどの角度で面がカットされているかによって特性が変化するものであり、用いる結晶によって、スペックル発生光９と情報光１の最適な入射角度を設定する必要がある。 The photorefractive crystal applied as the photorefractive medium 13 has a characteristic that changes depending on the angle at which the surface is cut with respect to the optical axis. The speckle generation light 9 and the information light 1 depend on the crystal used. It is necessary to set the optimal incident angle.
つまり、フォトリフラクティブ媒質１３をフォトリフラクティブ結晶とした場合、BaTiO3結晶においては、光波の伝搬方向（光軸方向）と結晶のc軸とが結晶内部で同一方向を向いている場合、すなわち、結晶に入射する光波と結晶のｃ軸との成す角度θが０の時にビームファニング現象発生程度が最小値となり、この角度θが４５度の場合に最大値、９０度の場合に極小値（最小値よりは大きい値）、１３５度の場合に最大値、そして、１８０度の時に最小値（０の時と同じ値）となるように変化する。 That is, when the photorefractive medium 13 is a photorefractive crystal, in the BaTiO 3 crystal, the light wave propagation direction (optical axis direction) and the c-axis of the crystal are oriented in the same direction inside the crystal, that is, the crystal When the angle θ between the light wave incident on the crystal and the c-axis of the crystal is 0, the degree of occurrence of the beam fanning phenomenon is the minimum value. It is changed so as to become a maximum value at 135 degrees and a minimum value at 180 degrees (the same value as at 0).
本実施形態例では、スペックル発生光９のうち、スペックルとならずに結晶内を直進していく成分と、情報光１とがフォトリフラクティブ媒質１３の結晶内で重ならないようにするために、前記角度θを、あえて０または１８０度に近い値とせず、図２（ｂ）に示すように、情報光１とｃ軸とを略直交させて、前記角度θを９０度に近い値とし、ビームファニング・スペックルが発生しにくい角度としている。 In this embodiment, in order to prevent the component of the speckle generation light 9 that goes straight in the crystal without becoming speckle and the information light 1 from overlapping in the crystal of the photorefractive medium 13. The angle θ is not set to a value close to 0 or 180 degrees. As shown in FIG. 2B, the information light 1 and the c-axis are substantially orthogonal, and the angle θ is set to a value close to 90 degrees. The angle is such that beam fanning and speckle are unlikely to occur.
つまり、本実施形態例では、情報光１の光軸がフォトリフラクティブ媒質１３の結晶端面法線に対して７°の角度を有するように、情報光入力部７を配置している。 That is, in this embodiment, the information light input unit 7 is arranged so that the optical axis of the information light 1 has an angle of 7 ° with respect to the crystal end surface normal of the photorefractive medium 13.
これに対し、図２（ｂ）に示すように、スペックル発生光９と結晶のc軸とが、結晶内部で４５度程度の角度をなすようにスペックル発生光９を入射することにより、前記のようにビームファニング現象発生程度を最大値に近い値とし、最もビームファニング・スペックルが発生し易いようにしている。 On the other hand, as shown in FIG. 2B, the speckle generation light 9 and the c-axis of the crystal enter the speckle generation light 9 so that the angle is about 45 degrees inside the crystal. As described above, the degree of occurrence of the beam fanning phenomenon is set to a value close to the maximum value so that the beam fanning speckle is most easily generated.
つまり、本実施形態例では、スペックル発生光９の光軸が結晶端面法線に対して３６°の角度を有するように、スペックル発生光の入力部８を配置している。 That is, in this embodiment, the speckle generation light input unit 8 is arranged so that the optical axis of the speckle generation light 9 has an angle of 36 ° with respect to the crystal end surface normal.
なお、これらのスペックル発生光９と情報光１の入射角度は、上記値に限定されるものではなく、適宜設定されるものである。 The incident angles of the speckle generation light 9 and the information light 1 are not limited to the above values, but are set as appropriate.
また、フォトリフラクティブ媒質１３を９０度カット結晶とした場合は、結晶外部での光波の伝搬方向と結晶端面法線との間の角度が９０度に近いほうが、結晶内部では光波とｃ軸とのなす角度がより４５度に近づくことになり、ビームファニング・スペックルも発生しやすくなる。一方、光波の伝搬方向と結晶端面法線との角度が０度に近い場合は、光波とc軸とが直交する（光波の伝搬方向とｃ軸との成す角度がほぼ９０度となる）ことになり、ビームファニング・スペックルが発生しにくい角度となる。 Further, when the photorefractive medium 13 is a 90-degree cut crystal, the angle between the light wave propagation direction outside the crystal and the crystal end surface normal is closer to 90 degrees, so that the light wave and the c-axis are inside the crystal. The angle formed is closer to 45 degrees, and beam fanning and speckles are also likely to occur. On the other hand, when the angle between the light wave propagation direction and the crystal edge normal is close to 0 degrees, the light wave and the c-axis are orthogonal (the angle between the light wave propagation direction and the c-axis is approximately 90 degrees). The angle is such that beam fanning and speckle are unlikely to occur.
情報光１とスペックル発生光９は、共にコヒーレントな異常光線により形成できる。例えば波長６３３ｎｍのＨｅ−Ｎｅレーザ光源を配置からの光を分岐して、一方の分岐光を偏光板と半波長板を介して情報光入力部７に導き、情報光１とすることができ、他方の光をスペックル発生光の入力部８に導いてスペックル発生光９とすることができる。 Both the information light 1 and the speckle generation light 9 can be formed by coherent extraordinary rays. For example, the light from the arrangement of a He—Ne laser light source having a wavelength of 633 nm can be branched, and one branched light can be guided to the information light input unit 7 through the polarizing plate and the half-wave plate to obtain the information light 1. The other light can be guided to the speckle generation light input unit 8 to be speckle generation light 9.
なお、フォトリフラクティブ媒質中で発生するビームファニング現象は、前記の如く、フォトリフラクティブ媒質に固有の現象であり、フォトリフラクティブ媒質にビームファニング現象が生じることは公知であるが、ここで、この現象発生に大きく寄与するフォトリフラクティブ効果および二波混合について説明する。 The beam fanning phenomenon occurring in the photorefractive medium is a phenomenon inherent to the photorefractive medium as described above, and it is well known that the beam fanning phenomenon occurs in the photorefractive medium. The photorefractive effect and two-wave mixing that greatly contribute to the above will be described.
フォトリフラクティブ効果とは、光の照射によりフォトリフラクティブ媒質内に空間電界が発生し、ポッケルス効果を介してフォトリフラクティブ媒質の屈折率が変化する現象である。例えばフォトリフラクティブ媒質の一つであるフォトリフラクティブ結晶は、非点対称な伝導体であり、光励起により結晶中を自由に移動できる電荷を含んでいる。これらの電荷は結晶格子中の不純物や欠損から生じている。 The photorefractive effect is a phenomenon in which a spatial electric field is generated in the photorefractive medium by light irradiation, and the refractive index of the photorefractive medium changes through the Pockels effect. For example, a photorefractive crystal, which is one of photorefractive media, is an asymmetrical conductor and contains an electric charge that can freely move in the crystal by photoexcitation. These charges arise from impurities and defects in the crystal lattice.
図５に示すように、結晶に照射されたビーム（１）及びビーム（２）からなる２光波の干渉により、干渉縞ができ、結晶内に周期的な光の強度分布Ｉ（ｘ）が発生する。ここで、光が強めあう所（明の部分）と、光が打ち消しあう所（暗の部分）が存在し、明の部分では、光エネルギーにより電子が、ドナーから伝導体に励起される。 As shown in FIG. 5, interference fringes are generated by the interference of two light waves composed of the beam (1) and the beam (2) irradiated on the crystal, and a periodic light intensity distribution I (x) is generated in the crystal. To do. Here, there is a place where light strengthens (light part) and a place where light cancels out (dark part). In the light part, electrons are excited from the donor to the conductor by light energy.
励起されたキャリアは、拡散によりキャリア密度の大きい明部から、励起がほとんど起こらずキャリア密度が小さい暗部へと移動する。明るい部分ほど多くのキャリアが励起されるので、明の部分では励起が再結合を上回り、次第にイオン化されたドナーの密度が増加する。 Excited carriers move from a bright part having a high carrier density to a dark part having a low carrier density with little excitation due to diffusion. Since more carriers are excited in the brighter part, excitation exceeds the recombination in the brighter part, and the density of the ionized donor gradually increases.
一方、暗の部分ではその逆のことが起きるため、干渉縞の明暗に応じた電荷密度分布ρ（ｘ）が生じる。その結果、結晶内で電気的平衡が崩れ、空間電界ＥＳＣ（ｘ）が発生し、ポッケルス効果により、空間電界ＥＳＣ（ｘ）に伴い非線形分極ＰＮＬが生じ、空間屈折率変化Δｎ（ｘ）が引き起こされる。この空間屈折率変化は、周期的構造をなしており、回折格子として機能する。 On the other hand, the reverse occurs in the dark portion, and thus a charge density distribution ρ (x) corresponding to the brightness of the interference fringes is generated. As a result, electrical equilibrium is lost in the crystal, and a spatial electric field E SC (x) is generated. Due to the Pockels effect, nonlinear polarization P NL is generated along with the spatial electric field E SC (x), and the spatial refractive index change Δn (x ) Is caused. This spatial refractive index change has a periodic structure and functions as a diffraction grating.
そこで、フォトリフラクティブ結晶中にコヒーレントな二光波が入射されたとき、上記のフォトリフラクティブ効果を介して結晶中に形成される屈折率格子により、その二光波自身が回折される。 Therefore, when two coherent light waves are incident on the photorefractive crystal, the two light waves themselves are diffracted by the refractive index grating formed in the crystal through the photorefractive effect.
図６は、この回折によるエネルギー移動を模式化して示しており、図６において、Λは周期的な屈折率格子の波長、ｎ、ｎ’はそれぞれΛ /２ごとの平均屈折率、ｒ1、ｒ2、ｔ1、ｔ2は光波Ａ1、Ａ2の振幅反射率及び透過率である。光波の入射角及び回折角はθとする。 FIG. 6 schematically shows the energy transfer by this diffraction. In FIG. 6, Λ is the wavelength of the periodic refractive index grating, n and n ′ are the average refractive index for each Λ / 2, r 1 , r 2 , t 1 , and t 2 are the amplitude reflectance and transmittance of the light waves A 1 and A 2 . The incident angle and diffraction angle of the light wave are θ.
ここで、ｎ>ｎ’の場合、屈折率の大きな領域を透過して、屈折率の小さな領域との境界により回折されたｒ1Ａ1と、回折格子を透過したｔ2Ａ2の位相差は２ｍπである。よって、これらの振幅は、ｒ1Ａ1+ ｔ2Ａ2で表され、ｒ1Ａ1とｔ2Ａ2の和となり、回折格子通過後のＡ1は増幅する。 Here, when n> n ′, the phase difference between r 1 A 1 transmitted through the region having a large refractive index and diffracted by the boundary with the region having a small refractive index and t 2 A 2 transmitted through the diffraction grating. Is 2 mπ. Therefore, these amplitudes are represented by r 1 A 1 + t 2 A 2 , and are the sum of r 1 A 1 and t 2 A 2 , and A 1 after passing through the diffraction grating is amplified.
一方、屈折率の小さな領域を透過して、屈折率の大きな領域との境界により回折されたｒ2Ａ2と、回折格子を透過したｔ1Ａ1の位相差は(２ｍ+１)である。よって、これらの振幅はｔ1Ａ1- ｒ2Ａ2で表され、ｔ1Ａ1とｒ2Ａ2の差となり、格子通過後のＡ2は減衰する。 On the other hand, the phase difference between r 2 A 2 transmitted through the region having a small refractive index and diffracted by the boundary with the region having a large refractive index and t 1 A 1 transmitted through the diffraction grating is (2m + 1). . Therefore, these amplitudes are t 1 A 1 - is represented by r 2 A 2, becomes a difference t 1 A 1 and r 2 A 2, A 2 after the grid pass is attenuated.
また、ｎ<ｎ’の場合は、光の増幅は上記と反対となる。そして、上記増幅及び減衰は、前記の如く、フォトリフラクティブ媒質の特性、結晶方位角、各光波の入射角度、相互作用長等の光学配置により決定されるものであり、上記増幅および減衰の現象を二波混合と呼ぶ。 In the case of n <n ′, light amplification is opposite to the above. As described above, the amplification and attenuation are determined by the optical arrangement such as the characteristics of the photorefractive medium, the crystal orientation angle, the incident angle of each light wave, the interaction length, and the like. This is called two-wave mixing.
上記のフォトリフラクティブ効果および二波混合により、ビームファニング現象を説明することができる。つまり、フォトリフラクティブ媒質へ光波を入射した際、結晶表面や不純物、結晶欠陥等により入射光が散乱し、さらに、この散乱光と入射光波との二波混合による光増幅を介して入射光が媒質固有の方向へ扇状（扇型）に広がり、ランダムな波面を形成する。 The beam fanning phenomenon can be explained by the photorefractive effect and the two-wave mixing. In other words, when a light wave is incident on the photorefractive medium, the incident light is scattered by the crystal surface, impurities, crystal defects, and the like, and the incident light is transmitted through the light amplification by two-wave mixing of the scattered light and the incident light wave. It spreads in a fan shape (fan shape) in a unique direction and forms a random wavefront.
これがビームファニング現象であり、二波混合の光増幅が、フォトリフラクティブ媒質の方位角、フォトリフラクティブ媒質に入射する光波の入射角度ならびに光波の空間強度分布や空間位相分布に大きく依存することから、ビームファニング現象発生の程度もこれらに対する強い依存性を示す。また、光波の入射位置が変化すると、ビームファニング現象発生の種となる散乱光が変化するため、ビームファニング現象発生の程度は、光波の入射位置によっても変化する。なお、散乱光は、結晶表面や不純物、結晶欠陥等により発生するので、入射位置が変化すれば散乱光の状態も変化する。 This is the beam fanning phenomenon, and the optical amplification of two-wave mixing depends greatly on the azimuth angle of the photorefractive medium, the incident angle of the light wave incident on the photorefractive medium, and the spatial intensity distribution and spatial phase distribution of the light wave. The degree of fanning phenomenon is also strongly dependent on these. Further, when the incident position of the light wave changes, the scattered light that becomes the seed of the beam fanning phenomenon changes, so the degree of occurrence of the beam fanning phenomenon also changes depending on the incident position of the light wave. Since scattered light is generated by the crystal surface, impurities, crystal defects, and the like, the state of the scattered light changes if the incident position changes.
そこで、本実施形態例では、図１に示すように、スペックル発生光入射条件可変部１０を設け、前記ホログラムの記録動作ごとに、上記のようなスペックル発生光９の入射条件を可変して前記ビームファニング・スペックル６の波面を変化させる構成とし、それにより、前記フォトリフラクティブ媒質１３の同一箇所に、それぞれのホログラム記録動作時の入力情報光１に対応するホログラムを多重記録する構成としている。 Therefore, in the present embodiment, as shown in FIG. 1, a speckle generation light incident condition variable unit 10 is provided, and the incident condition of the speckle generation light 9 as described above is varied for each recording operation of the hologram. In this configuration, the wave front of the beam fanning speckle 6 is changed, and thereby, the hologram corresponding to the input information light 1 at the time of each hologram recording operation is multiplexed and recorded in the same location of the photorefractive medium 13. Yes.
なお、本実施形態例において、スペックル発生光入射条件可変部１０は、スペックル発生光９のフォトリフラクティブ媒質１３への入射位置を可変することにより、ビームファニング・スペックル６の波面を可変する構成と成している。 In the present embodiment, the speckle generation light incident condition varying unit 10 varies the wavefront of the beam fanning speckle 6 by varying the incident position of the speckle generation light 9 on the photorefractive medium 13. Consists of composition.
また、図１の図中、＃１、＃２、＃ｎは、情報光１の情報であり、互いに異なっている。そして、例えば１回目には＃１の情報を有する情報光１をフォトリフラクティブ媒質１３に入射し、２回目には＃２の情報を有する情報光１をフォトリフラクティブ媒質１３に入射するといったように、それぞれのホログラム記録動作時に、＃１〜＃ｎの情報を有する情報光１が一つずつフォトリフラクティブ媒質１３に入射され、記録される。 In FIG. 1, # 1, # 2, and #n are information of the information light 1, and are different from each other. For example, the information light 1 having the information # 1 is incident on the photorefractive medium 13 for the first time, and the information light 1 having the information # 2 is incident on the photorefractive medium 13 for the second time. During each hologram recording operation, information light 1 having information # 1 to #n is incident on the photorefractive medium 13 and recorded.
さらに、本実施形態例において、上記ホログラム多重記録方法を用いて記録された複数のホログラムを個別に再生する際は、ホログラム記録時のフォトリフラクティブ媒質１３へのスペックル発生光照射条件と同じ条件で、スペックル光入力部８から、スペックル発生光９を読み出し光５としてフォトリフラクティブ媒質１３に照射する。そうすると、ホログラムによる読み出し光５の回折光同士が強め合うように干渉し、情報光が再生されて出力光１１が得られ、ホログラムが再生される（図１のＢ参照）。 Furthermore, in the present embodiment, when individually reproducing a plurality of holograms recorded using the above-described hologram multiplex recording method, the same conditions as the speckle generation light irradiation conditions to the photorefractive medium 13 at the time of hologram recording are used. The speckle light input unit 8 irradiates the photorefractive medium 13 with the speckle generation light 9 as the readout light 5. Then, the diffracted lights of the readout light 5 by the hologram interfere so as to strengthen each other, the information light is reproduced and the output light 11 is obtained, and the hologram is reproduced (see B in FIG. 1).
これに対し、スペックル発生光照射条件と違う条件で、スペックル発生光９を読み出し光５としてフォトリフラクティブ媒質１３に照射した場合は、ホログラムによる読み出し光５の回折光同士が打ち消し合うように干渉し、情報光は再生されないので、本実施形態例では、フォトリフラクティブ媒質１３に多重記録されているホログラムのうちの、スペックル発生光照射条件に対応するホログラムが選択的に再生できる。 On the other hand, when the photorefractive medium 13 is irradiated with the speckle generation light 9 as the readout light 5 under conditions different from the speckle generation light irradiation conditions, interference occurs so that the diffracted lights of the readout light 5 by the hologram cancel each other. However, since the information light is not reproduced, in the present embodiment, the hologram corresponding to the speckle generation light irradiation condition can be selectively reproduced among the holograms multiplexed and recorded on the photorefractive medium 13.
本実施形態例は以上のように構成されており、上記のように、フォトリフラクティブ媒質１３へのホログラム記録動作を、その記録動作ごとに前記スペックル発生光９の入射条件を可変して行うことにより、フォトリフラクティブ媒質１３の同一箇所に、それぞれのホログラム記録動作時の入力情報光１に対応するホログラムを、低クロストークで簡単に多重記録することができる。 The present embodiment is configured as described above. As described above, the hologram recording operation to the photorefractive medium 13 is performed by changing the incident condition of the speckle generation light 9 for each recording operation. Thus, the hologram corresponding to the input information light 1 at the time of each hologram recording operation can be easily multiplex-recorded with low crosstalk at the same location of the photorefractive medium 13.
また、本実施形態例によれば、前記ランダム位相媒質４を用いた従来のスペックル多重記録方式と異なり、同一粗面の形成が困難なすりガラスや、大型化を招くマルチモード光ファイバや高ＮＡレンズを必要とせず、スペックル発生光９を入力して、フォトリフラクティブ媒質１３内部の非線形光学効果によりホログラム記録動作ごとに波面の異なるビームファニング・スペックル６を発生させてホログラムの多重記録を行うので、実用化に優れ、装置の小型化を実現できる。 Further, according to the present embodiment, unlike the conventional speckle multiplex recording method using the random phase medium 4, ground glass in which the formation of the same rough surface is difficult, a multimode optical fiber that causes an increase in size, and a high NA Without using a lens, speckle generation light 9 is input, and beam fanning speckle 6 having a different wavefront is generated for each hologram recording operation by the nonlinear optical effect inside photorefractive medium 13 to multiplex record holograms. Therefore, it is excellent in practical use and can realize downsizing of the apparatus.
また、本実施形態例によれば、フォトリフラクティブ媒質１３にビームファニング現象が発生しにくい角度から情報光１を入力し、フォトリフラクティブ媒質１３にビームファニング現象が発生しやすい角度からスペックル発生光９を入力するので、スペックル発生光９により確実にビームファニング・スペックル６を発生し、情報光１のフォトリフラクティブ媒質１３への入射側ではビームファニング現象の発生を抑制できるので、Ｓ／Ｎ比を向上できる。 Further, according to the present embodiment, the information light 1 is input to the photorefractive medium 13 from an angle at which the beam fanning phenomenon is unlikely to occur, and the speckle generation light 9 from the angle at which the beam fanning phenomenon is likely to occur in the photorefractive medium 13. Therefore, the beam fanning speckle 6 is surely generated by the speckle generation light 9, and the occurrence of the beam fanning phenomenon can be suppressed on the incident side of the information light 1 to the photorefractive medium 13, so that the S / N ratio is reduced. Can be improved.
さらに、本実施形態例によれば、スペックル発生光９の入射条件をスペックル発生光９の入射位置としており、スペックル発生光９の入射位置を可変することによって、ビームファニング・スペックルの波面を容易に、かつ、的確に可変でき、的確にホログラム多重記録を行うことができる。 Furthermore, according to the present embodiment, the incident condition of the speckle generation light 9 is set as the incident position of the speckle generation light 9, and the incident position of the speckle generation light 9 is varied to change the beam fanning speckle. The wavefront can be changed easily and accurately, and hologram multiplex recording can be performed accurately.
さらに、本実施形態例によれば、ホログラムを個別に再生する際は、ホログラム記録時のフォトリフラクティブ媒質１３へのスペックル発生光照射条件と同じ条件で、スペックル光入力部８からスペックル発生光９をフォトリフラクティブ媒質１３に照射することにより、フォトリフラクティブ媒質１３に多重記録されているホログラムのうちのスペックル発生光照射条件に対応するホログラムを選択的に再生するので、ホログラムの個別再生動作においても、すりガラスやマルチモード光ファイバや高ＮＡレンズを必要とせず、装置の大型化を招くことなく、低クロストークで簡単にホログラムを個別再生することができる。 Furthermore, according to the present embodiment, when reproducing holograms individually, speckle light is generated from the speckle light input unit 8 under the same conditions as the speckle generation light irradiation conditions to the photorefractive medium 13 at the time of hologram recording. By irradiating the photorefractive medium 13 with the light 9, the hologram corresponding to the speckle generation light irradiation condition among the holograms multiplexed and recorded on the photorefractive medium 13 is selectively reproduced. However, frosted glass, a multimode optical fiber, and a high NA lens are not required, and holograms can be easily reproduced individually with low crosstalk without increasing the size of the apparatus.
本発明者は、上記実施形態例のホログラム多重記録動作およびホログラムの個別再生動作を確認するために、図３に示す実験系を形成し、以下の実験を行った。フォトリフラクティブ媒質１３は、フォトリフラクティブ結晶である５ｍｍ×５ｍｍ×５ｍｍのBaTiO3結晶を用い、レーザ光源４０として波長６３３ｎｍのＨｅ−Ｎｅレーザ光源を用いた。この実験系においては、レーザ光源４０から発振するレーザ光を分岐して、情報光１とスペックル発生光９を形成している。 The present inventor formed the experimental system shown in FIG. 3 and performed the following experiment in order to confirm the hologram multiplex recording operation and the hologram individual reproduction operation of the above embodiment. The photorefractive medium 13 is a 5 mm × 5 mm × 5 mm BaTiO 3 crystal that is a photorefractive crystal, and a He—Ne laser light source having a wavelength of 633 nm is used as the laser light source 40. In this experimental system, the laser light oscillated from the laser light source 40 is branched to form the information light 1 and the speckle generation light 9.
つまり、この実験系においては、以下のような光学系を適用している。レーザ光源４０の出力側に第１のミラー（Ｍ１）２４を設けてレーザ光を反射させ、この反射レーザ光を第１の半波長板（ＨＷＰ１）１４に入射した後、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）１５に入射している。そして、偏光ビームスプリッタ１５で反射した光を第２の半波長板（ＨＷＰ２）１６に入射し、偏光板（Ｐ）１７を通過させてレンズ（Ｌ１、Ｌ２）１８，１９に順に入射した後、第４のミラー（Ｍ４）２７に入射し、第４のミラー２７で反射している。 That is, in this experimental system, the following optical system is applied. The first mirror (M 1 ) 24 is provided on the output side of the laser light source 40 to reflect the laser light, and the reflected laser light is incident on the first half-wave plate (HWP 1 ) 14, and then the polarization beam splitter ( PBS) 15. Then, the light reflected by the polarization beam splitter 15 enters the second half-wave plate (HWP 2 ) 16, passes through the polarizing plate (P) 17, and enters the lenses (L 1 , L 2 ) 18 and 19 in order. After that, the light enters the fourth mirror (M 4 ) 27 and is reflected by the fourth mirror 27.
この反射光を、マスク２９を通すことで情報光１とし、レンズ（Ｌ６）２３を介してフォトリフラクティブ媒質１３に入射する。情報光１がフォトリフラクティブ媒質１３の結晶端面法線に対して７°の角度を有するように、情報光入力部７が配置されている。 The reflected light is passed through the mask 29 to become information light 1 and enters the photorefractive medium 13 through the lens (L 6 ) 23. The information light input unit 7 is arranged so that the information light 1 has an angle of 7 ° with respect to the crystal end surface normal of the photorefractive medium 13.
一方、前記偏光ビームスプリッタ１５を透過した光を第２のミラー（Ｍ２）２５で反射させた後、レンズ（Ｌ３、Ｌ４）２０，２１に順に入射し、スペックル発生光９としている。このスペックル発生光は、２０．０ｍｍ×１．５ｍｍの長方形の開口部３０を通過した後、第３のミラー（Ｍ３）２６で反射し、レンズ（Ｌ５）２２により約２．０ｍｍ×０．５ｍｍに縮小される。 On the other hand, after the light transmitted through the polarization beam splitter 15 is reflected by the second mirror (M 2 ) 25, the light enters the lenses (L 3 , L 4 ) 20, 21 in order, and is used as speckle generation light 9. . The speckle generation light passes through a rectangular opening 30 of 20.0 mm × 1.5 mm, is reflected by the third mirror (M 3 ) 26, and is about 2.0 mm × by the lens (L 5 ) 22. Reduced to 0.5 mm.
この実験系において、開口移動手段３１が開口部３０をスペックル発生光９の伝播方向に対し垂直水平方向へ移動する構成と成しており、この開口移動手段３１がスペックル発生光９の入射条件可変部１０を形成している。スペックル発生光９がフォトリフラクティブ媒質１３の結晶端面法線に対して３６°の角度を有するように、スペックル発生光の入力部８が配置されている。 In this experimental system, the opening moving means 31 is configured to move the opening 30 in the horizontal direction perpendicular to the propagation direction of the speckle generation light 9. The opening movement means 31 is incident on the speckle generation light 9. The condition variable unit 10 is formed. The speckle generation light input section 8 is arranged so that the speckle generation light 9 has an angle of 36 ° with respect to the crystal end surface normal of the photorefractive medium 13.
この実験系において、スペックル発生光９がフォトリフラクティブ媒質１３に入射し、ビームファニング・スペックル６を生成し始めると、数秒で定常状態に達する。この定常状態のビームファニング・スペックル６と情報光１とが干渉縞を形成し、フォトリフラクティブ媒質１３内にホログラムを記録する。 In this experimental system, when the speckle generation light 9 enters the photorefractive medium 13 and starts generating the beam fanning speckle 6, the steady state is reached in a few seconds. The beam fanning speckle 6 in the steady state and the information light 1 form interference fringes, and a hologram is recorded in the photorefractive medium 13.
さらに、フォトリフラクティブ媒質１３の同一箇所にホログラムを多重記録する際には、入射条件可変部１０（ここでは開口移動手段３１）により、開口部３０を移動することにより、スペックル発生光９の入射位置を変化させ、異なるビームファニング・スペックル６を発生させて、新たなホログラムを記録する。この例では、４枚のホログラム（数字の１、２、３、４）をフォトリフラクティブ媒質１３の同一箇所に多重記録した。 Furthermore, when multiplex recording of holograms at the same location of the photorefractive medium 13, the speckle generation light 9 is incident by moving the aperture 30 by the incident condition variable unit 10 (here, aperture moving means 31). A new hologram is recorded by changing the position and generating different beam fanning speckles 6. In this example, four holograms (numbers 1, 2, 3, and 4) are recorded in the same location of the photorefractive medium 13 in a multiplexed manner.
また、再生時には、上記ホログラム多重記録方法を用いて記録された複数のホログラムについて、ホログラム記録時のフォトリフラクティブ媒質１３へのスペックル発生光照射条件と同じ条件でスペックル発生光の読み出し光５をフォトリフラクティブ媒質１３に照射することにより、フォトリフラクティブ媒質１３に多重記録されているホログラムのうちの、照射条件に対応するホログラムを選択的に個別再生する。 At the time of reproduction, with respect to a plurality of holograms recorded by using the hologram multiplex recording method, the speckle generation light readout light 5 is applied under the same conditions as the speckle generation light irradiation conditions to the photorefractive medium 13 at the time of hologram recording. By irradiating the photorefractive medium 13, the holograms corresponding to the irradiation conditions among the holograms recorded in a multiplexed manner on the photorefractive medium 13 are selectively reproduced individually.
図４（ａ）〜（ｄ）には、多重記録された４種のホログラムからそれぞれ個別に、選択的に再生された再生像がそれぞれ示されている。この図は、出力光１１をＣＣＤカメラ２８で撮像したものであり、多重記録された４枚のホログラム（数字の１、２、３、４）が全て明瞭に再生されていることが分かる。ここで、読み出し光５の入射位置と、ホログラム記録時のスペックル発生光９の入射位置とが同一の場合のみホログラムが再生されることが確認された。 FIGS. 4A to 4D respectively show reproduced images selectively reproduced from the four types of multiplexed holograms. In this figure, the output light 11 is imaged by the CCD camera 28, and it can be seen that all four holograms (numbers 1, 2, 3, 4) recorded in a multiplexed manner are clearly reproduced. Here, it was confirmed that the hologram was reproduced only when the incident position of the reading light 5 and the incident position of the speckle generation light 9 at the time of hologram recording were the same.
なお、本発明は上記実施形態例に限定されることなく様々な実施の形態を採り得る。例えば、上記実施形態例では、フォトリフラクティブ媒質１３はフォトリフラクティブ結晶としたが、フォトリフラクティブ媒質１３はフォトリフラクティブ結晶に限定されるものではなく、フォトリフラクティブ効果を有する有機媒質や液晶等を用いる構成としてもよい。この場合も、スペックル発生光９と情報光１の入射角度やホログラム記録動作ごとのスペックル発生光９の入射条件の可変によって上記実施形態例と同様の効果を奏することができる。 In addition, this invention can take various embodiment, without being limited to the said embodiment example. For example, in the above embodiment, the photorefractive medium 13 is a photorefractive crystal. However, the photorefractive medium 13 is not limited to a photorefractive crystal, and an organic medium or liquid crystal having a photorefractive effect is used. Also good. Also in this case, the same effects as those of the above-described embodiment can be obtained by varying the incident angles of the speckle generation light 9 and the information light 1 and the incident conditions of the speckle generation light 9 for each hologram recording operation.
また、スペックル発生光入射条件可変部１０は、スペックル発生光９のフォトリフラクティブ媒質１３への入射位置を可変することにより、ビームファニング・スペックル６の波面を可変するスペックル発生光入射位置可変部としたが、スペックル発生光入射条件可変部１０は、スペックル発生光９の空間強度分布を可変することによりビームファニング・スペックルの波面を可変するスペックル発生光空間強度分布可変部（空間振幅変調器）としてもよい。 Further, the speckle generation light incident condition variable unit 10 varies the incident position of the speckle generation light 9 to the photorefractive medium 13, thereby changing the wavefront of the beam fanning speckle 6. Although the variable part is used, the speckle generation light incident condition variable part 10 is a speckle generation light spatial intensity distribution variable part that changes the wave front of the beam fanning speckle by changing the spatial intensity distribution of the speckle generation light 9. (Spatial amplitude modulator) may be used.
さらに、スペックル発生光入射条件可変部１０は、スペックル発生光９の空間位相分布を可変することによりビームファニング・スペックルの波面を可変するスペックル発生光空間位相分布可変部（空間位相変調器）してもよい。また、スペックル発生光９の入射角度を可変する構成としてもよく、これらスペックル発生光９のフォトリフラクティブ媒質１３への入射位置と入射角度ならびにスペックル発生光９の空間強度分布と空間位相分布の２つ以上を可変する構成としてもよい。 Further, the speckle generation light incident condition variable unit 10 changes the spatial phase distribution of the speckle generation light 9 to change the wave front of the beam fanning speckle (spatial phase modulation variable unit (spatial phase modulation). Container). Further, the incident angle of the speckle generation light 9 may be variable. The incident position and the incident angle of the speckle generation light 9 to the photorefractive medium 13 and the spatial intensity distribution and the spatial phase distribution of the speckle generation light 9 are also possible. Two or more of these may be variable.
さらに、ビームファニング・スペックル６の波面は、インコヒーレント光の照射により変化させることが可能であるので、スペックル発生光入射条件可変部１０の代わりに、ビームファニング・スペックル６の波面を可変するインコヒーレント光の波面可変光をフォトリフラクティブ媒質１３に照射してビームファニング・スペックルの波面を変化させる波面可変光照射部を設けたりして、ビームファニング・スペックル６の波面を可変してもよい。 Furthermore, since the wave front of the beam fanning speckle 6 can be changed by irradiation with incoherent light, the wave front of the beam fanning speckle 6 can be changed instead of the speckle generation light incident condition variable unit 10. The wavefront of the beam fanning speckle 6 is varied by irradiating the photorefractive medium 13 with the wavefront variable light that changes the wavefront of the beam fanning speckle by irradiating the photorefractive medium 13 with the wavefront variable light of the incoherent light. Also good.
さらに、上記実施形態例では、情報光１やスペックル発生光９の光源として、Ｈｅ−Ｎｅレーザを適用したが、光源として、フォトリフラクティブ媒質１３が感度を持つ波長で発振する他のレーザを適用することもできる。 Furthermore, in the above embodiment, the He-Ne laser is applied as the light source of the information light 1 and the speckle generation light 9, but another laser that oscillates at a wavelength at which the photorefractive medium 13 has sensitivity is applied as the light source. You can also
１ 情報光
６ ビームファニング・スペックル
７ 情報光入力部
８ スペックル発生光の入力部
９ スペックル発生光
１０ スペックル発生光入射条件可変部
１１ 出力光
１３ フォトリフラクティブ媒質
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Information light 6 Beam fanning speckle 7 Information light input part 8 Input part of speckle generation light 9 Speckle generation light 10 Speckle generation light incident condition variable part 11 Output light 13 Photorefractive medium
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